《電子行業人工智能系列專題報告(一):CoWoS技術引領先進封裝國內OSAT有望受益-240313(27頁).pdf》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《電子行業人工智能系列專題報告(一):CoWoS技術引領先進封裝國內OSAT有望受益-240313(27頁).pdf(27頁珍藏版)》請在三個皮匠報告上搜索。
1、 證券研究報告證券研究報告 行業研究行業研究 行業專題行業專題 電子電子 行業研究行業研究/行業專題行業專題 CoWoS 技術引領先進封裝,國內 OSAT 有望受益 人工智能系列專題報告(一)核心觀點核心觀點 AI 算力芯片需求攀升,先進封裝算力芯片需求攀升,先進封裝有望有望加速成長加速成長。GPT 的快速迭代使得參數與訓練數據量均出現了大幅提升,因此算力成為了 AIGC 時代的核心基礎設施。受益于 AIGC 的快速發展,算力需求有望持續加速增長。2021-2026 年,智能算力規模年復合增長率有望達到 52.3%。2024 年,中國人工智能芯片市場規模預計將達到 785 億元,未來或將保持較
2、高增速。強大的 AI 芯片需要更加先進的制程工藝來實現,由于芯片集成度逐漸接近物理極限,先進封裝技術有望成為延續摩爾定律、發展先進 AI芯片的有效路徑之一。我們認為,先進封裝需求有望隨著算力芯片的快速放量而迅速提升。2.5D 封裝發展迅速,封裝發展迅速,CoWoS 有望引領先進封裝。有望引領先進封裝。芯片封裝由 2D 向 3D發展的過程中,衍生出多種不同的封裝技術。其中,2.5D 封裝是一種先進的異構芯片封裝,可以實現從成本、性能到可靠性的完美平衡。英偉達的算力芯片采用的是臺積電的 CoWoS 方案,這是一項 2.5D 多芯片封裝技術,該方案具備提供更高的存儲容量和帶寬的優勢,適用于處理存儲密
3、集型任務,如深度學習、5G 網絡、節能的數據中心等。CoWoS 封裝技術已經成為了眾多國際算力芯片廠商的首選,是高端性能芯片封裝的主流方案之一。我們認為,英偉達算力芯片的需求增長大幅提升了CoWos 的封裝需求,CoWos 有望進一步帶動先進封裝加速發展。臺積電訂單臺積電訂單充沛充沛 CoWoS 產能不足,國內封裝大廠有望深度受益。產能不足,國內封裝大廠有望深度受益。CoWoS是臺積電先進封裝的獨立商標,是其拿到英偉達訂單的關鍵。采用 CoWoS封裝的產品主要分布于消費和服務器領域,包括英偉達、AMD 等推出的算力芯片在內。近期臺積電訂單已滿,預估到 2024 年供不應求的局面才能得到逐步緩解
4、。我們認為,受于大模型百花齊放,算力需求快速攀升帶動 HPC 增長,臺積電產能不足可能會導致 AI 芯片大廠將目光轉向其他OSAT,具備 2.5D 封裝技術的國內封裝大廠有望從中受益。投資建議投資建議 我們認為,我們認為,AI 算力芯片的需求增長有望推動先進封裝加速發展,算力芯片的需求增長有望推動先進封裝加速發展,CoWoS在目前的先進封裝中扮演較為重要的角色,訂單在目前的先進封裝中扮演較為重要的角色,訂單充沛充沛和產能不足有望使和產能不足有望使得國內封裝大廠深度受益,得國內封裝大廠深度受益,建議關注具備先進封裝技術的國內封裝建議關注具備先進封裝技術的國內封裝廠商廠商:長電科技:國內封測龍頭,
5、長電科技:國內封測龍頭,XDFOIXDFOI ChipletChiplet 已穩定量產已穩定量產。公司的 XDFOI Chiplet 高密度多維異構集成系列工藝已按計劃進入穩定量產階段,同步實現國際客戶 4nm 節點多芯片系統集成封裝產品出貨,是最大封裝體面積約為 1500mm的系統級封裝。通富微電:通富微電:攜手攜手 AMD 共同發展,深度布局先進封裝共同發展,深度布局先進封裝。公司現已具備7nm、Chiplet 先進封裝技術規模量產能力。自建的 2.5D/3D 產線全線通線,1+4 產品及 4 層/8 層堆疊產品研發穩步推進。同時具備基于 Chip Last工藝的 Fan-out 技術,實
6、現 5 層 RDL 超大尺寸封裝(6565mm)。甬矽電子:甬矽電子:先進封裝后起之秀,先進封裝后起之秀,CoWoS 已有相關儲備已有相關儲備。2022 年公司完成了基于 FC+WB Stacked die 的 Hybrid BGA 混合封裝技術開發及量產。公司已布局先進封裝和汽車電子領域,包括 Bumping、晶圓級封裝、FC-BGA、汽車電子的 QFP 等新的產品線。晶方科技:晶方科技:CIS 封裝龍頭,擁有晶圓級封裝龍頭,擁有晶圓級 TSV 技術能力技術能力。公司投資了 TSV技術,并開發了完整的晶圓級 CSP 封裝工藝。擁有 8 英寸和 12 英寸 TSV封裝能力,已大規模商業化應用到
7、 CIS、MEMS、射頻等市場應用。風險提示風險提示 下游終端需求不及預期、國產替代不及預期、公司技術與產品進展不及預期等。增持增持 (維持維持)行業:行業:電子電子 日期:日期:yxzqdatemark 分析師:分析師:陳宇哲陳宇哲 E-mail: SAC編號:編號:S1760523050001 近近一年一年行業行業與滬深與滬深 300 比較比較 資料來源:Wind,甬興證券研究所 相關報告:相關報告:英偉達 FY24Q4 業績亮眼,加速算力需求持續增長 2024 年 02 月 24 日 英偉達發布新一代 AI 處理器,HBM 有望進入增長快車道 2023 年 11 月 21 日 半導體制裁
8、持續升級,國產 AI 芯片有望受益 2023 年 10 月 23 日 -40%-28%-16%-4%8%20%03/2305/2307/2310/2312/2302/24電子滬深3002024年03月13日2024年03月13日行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 2 正文正文目錄目錄 1.AI 算力芯片需求攀升,先進封裝有望加速成長算力芯片需求攀升,先進封裝有望加速成長.4 1.1.ChatGPT 引領 AIGC 發展,算力芯片是關鍵.4 1.2.AI 算力芯片需求攀升,先進封裝加速前進.6 2.2.5D 封裝發展迅速,封裝發展迅速,CoWoS 有望引領
9、先進封裝有望引領先進封裝.9 2.1.CoWos 技術是高端性能封裝的主流方案.9 2.2.CoWoS 是臺積電拿到英偉達大單的關鍵.11 2.3.CoWoS 的技術歷程與未來展望.14 3.臺積電訂單充沛臺積電訂單充沛 CoWoS 產能不足,國內封裝大廠有望深度受益產能不足,國內封裝大廠有望深度受益.19 3.1.長電科技:國內封測龍頭,XDFOI Chiplet 已穩定量產.19 3.2.通富微電:攜手 AMD 共同發展,深度布局先進封裝.20 3.3.甬矽電子:先進封裝后起之秀,CoWoS 已有相關儲備.22 3.4.晶方科技:CIS 封裝龍頭,擁有晶圓級 TSV 技術能力.23 4.風
10、險提示風險提示.25 圖目錄圖目錄 圖圖 1:ChatGPT 預訓練自然語言大模型預訓練自然語言大模型.4 圖圖 2:ChatGPT 功能介紹功能介紹.4 圖圖 3:2019-2023 年年 6 月中國、美國及其他國家大模型發布情況月中國、美國及其他國家大模型發布情況.5 圖圖 4:2019-2026 中國通用中國通用/智能算力情況智能算力情況.6 圖圖 5:2019-2024E 中國人工智能芯片市場規模情況中國人工智能芯片市場規模情況.6 圖圖 6:先進封裝平臺先進封裝平臺-按系統集成級別分類按系統集成級別分類.7 圖圖 7:2.5D 封裝技術示意封裝技術示意.8 圖圖 8:以以 2.5/3
11、D 為代表的高端封裝技術平臺為代表的高端封裝技術平臺.10 圖圖 9:應用應用 CoWoS 封裝技術的封裝技術的 Nvidia P100 加速卡加速卡.10 圖圖 10:CoWoS-S 封裝技術架構封裝技術架構.11 圖圖 11:裸片與中介層連接裸片與中介層連接.12 圖圖 12:微凸塊技術鏈連接方式微凸塊技術鏈連接方式.12 圖圖 13:裸片與載板連接裸片與載板連接.12 圖圖 14:切割晶圓制成芯片切割晶圓制成芯片.13 圖圖 15:加裝環形框與蓋板加裝環形框與蓋板.13 圖圖 16:CoWoS-R 封裝技術示意封裝技術示意.13 圖圖 17:CoWoS-L 封裝技術示意封裝技術示意.14
12、 圖圖 18:臺積電臺積電 CoWoS 封裝發展歷程封裝發展歷程.15 圖圖 19:臺積電展示利用臺積電展示利用 CoWoS 所封裝芯片所封裝芯片.15 圖圖 20:隨著隨著 CoWoS-S 技術的發展而集成的晶體管數量技術的發展而集成的晶體管數量.16 圖圖 21:新舊新舊 TSV 插入損耗比較插入損耗比較.17 圖圖 22:HBM 集成水平與能耗集成水平與能耗.17 圖圖 23:熱控制解決方案進展熱控制解決方案進展.17 圖圖 24:從從 CPI ELK stress 對比對比 CoWoS 與與 Flip-chip.18 圖圖 25:從封裝面積與從封裝面積與 I/O 數對比封裝技術數對比封
13、裝技術.18 圖圖 26:扇入型與扇出型晶圓級封裝扇入型與扇出型晶圓級封裝.21 圖圖 27:甬矽電子主要產品路線甬矽電子主要產品路線.22 圖圖 28:晶方科技在晶方科技在 TSV 推進研發推進研發.24 表目錄表目錄 表表 1:歷代歷代 GPT 參數量參數量及預訓練數據量及預訓練數據量.5 表表 2:2022 年年 IBS 統計不同制程下的單位數量晶體管成本統計不同制程下的單位數量晶體管成本.6 表表 3:2.5D 封裝對比其他先進封裝形式封裝對比其他先進封裝形式.8 zVkXkWfXjWkWiZ8O8Q9PmOqQnPrNfQnNtQeRnPmM7NpOpPMYmQtOxNpMzR行業專
14、題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 3 表表 4:先進封裝大廠與其獨立商標先進封裝大廠與其獨立商標.9 表表 5:長電科技長電科技 XDFOI 封裝平臺封裝平臺.20 表表 6:通富微電扇出型封裝特征通富微電扇出型封裝特征.22 表表 7:甬矽電子關于甬矽電子關于 CoWoS 封裝的相關技術儲備封裝的相關技術儲備.23 行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 4 1.AI 算力芯片需求攀升,算力芯片需求攀升,先進先進封裝封裝有望加速成長有望加速成長 GPT 的快速迭代使得參數與訓練數據量均出現了大幅提升,因此算力的快速迭代使
15、得參數與訓練數據量均出現了大幅提升,因此算力成為了成為了 AIGC 時代的核心基礎設施。受益于時代的核心基礎設施。受益于 AIGC 的快速發展,算力需求的快速發展,算力需求有望持續加速增長。有望持續加速增長。2021-2026 年,智能算力規模年復合增長率有望達到年,智能算力規模年復合增長率有望達到52.3%。2024 年,中國人工智能芯片市場規模預計將達到年,中國人工智能芯片市場規模預計將達到 785 億元,未來億元,未來或將保持較高增速或將保持較高增速。強大的強大的 AI 芯片需要更加先進的制程工藝來實現,由于芯片需要更加先進的制程工藝來實現,由于芯片集成度逐漸接近物理極限,先進封裝技術有
16、望成為延續摩爾定律、發芯片集成度逐漸接近物理極限,先進封裝技術有望成為延續摩爾定律、發展先進展先進 AI 芯片的有效路徑之一。我們認為,先進封裝需求有望隨著算力芯芯片的有效路徑之一。我們認為,先進封裝需求有望隨著算力芯片的快速放量而迅速提升。片的快速放量而迅速提升。1.1.ChatGPT 引領引領 AIGC 發展,算力發展,算力芯片是關鍵芯片是關鍵 ChatGPT 開創人機交互新模式。開創人機交互新模式。2022 年 11 月,OpenAI 首度推出人工智能聊天原型 ChatGPT,標志著人工智能的發展邁出了一大步。我們認為,ChatGPT 類似于“搜索引擎+社交軟件”的結合體,使用者能夠在實
17、時互動的過程中獲得問題的合理答案。通過學習大量現成文本和對話集合,ChatGPT 能夠以人類口吻與思維方式回答各類問題,其能夠根據用戶的文本輸入,產生相應的智能回答。圖圖1:ChatGPT 預訓練自然語言大模型預訓練自然語言大模型 圖圖2:ChatGPT 功能功能介紹介紹 資料來源:ChatGPT官網,甬興證券研究所 資料來源:ChatGPT官網,甬興證券研究所 GPT 快速迭代,參數與訓練數據量大幅提升??焖俚?,參數與訓練數據量大幅提升。每一代 GPT 模型的參數量基本都呈現增長的趨勢,并利用新的優化技術,使模型性能得到提升。根據工業互聯網研習社報告,2019 年 2 月發布的 GPT-2
18、 參數量僅為 15 億,2020 年 5 月發布的 GPT-3 參數量直接提升到 1750 億。根據封面新聞采訪四川省計算機學會自然語言處理專委會秘書長陳曉亮,2023 年 3 月發布的GPT-4 的參數數量對比 GPT-3 持續增長。作為一個多模態大模型,GPT-4 更具創造性和協作性,可以生成、編輯和迭代用戶的創意和技術寫作任務。GPT-3 使用了傳統的 Transformer 架構以及自回歸方法,而 GPT-4 使用了新的訓練方法和優化技術,從而提高了模型的效率和穩定性。行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 5 表表1:歷代歷代 GPT 參數量及預訓
19、練數據量參數量及預訓練數據量 模型 發布時間 參數量 預訓練數據量 GPT-1 2018 年 6 月 1.17 億 5GB GPT-2 2018 年 2 月 15 億 40GB GPT-3 2020 年 5 月 1750 億 45TB ChatGPT 2022 年 11 月 1750 億 百 TB 級別 GPT-4 2023 年 3 月 或達萬億 百 TB 級別 資料來源:工業互聯網研習社,封面新聞,甬興證券研究所整理 GPT 有望引領全球有望引領全球 AIGC 快速發展??焖侔l展。根據中國社會科學報報告,人工智能生成內容(AI Generated Content,AIGC)指利用人工智能算法
20、、自然語言處理(NLP)、計算機視覺(CV)等方法,自動生成文本、圖像、音頻等各類媒介形式的內容,以滿足用戶的個性化需求。隨著 ChatGPT 的推出,全球各地乃至中國都快速涌現了一批研發 AIGC 的企業。根據成都市科學技術信息研究所援引 中國人工智能大模型地圖研究報告 數據,從全球已發布的大模型分布來看,中國和美國位居前列,已發布大模型數量達到全球總是 80%以上。中國自 2020 年步入大模型高速發展期,目前已發布的諸如文心一言、通義千問、星火、盤古、悟道等預訓練大模型通用性、智能性等維度達到國家相關標準。截至該報告發布日,中國已發布 79 個大模型。圖圖3:2019-2023 年年 6
21、 月中國、美國及其他國家大模型發布情況月中國、美國及其他國家大模型發布情況 資料來源:成都市科學技術信息研究所,中國人工智能大模型地圖研究報告,甬興證券研究所 受益于受益于 AIGC 的發展,中國的算力需求的發展,中國的算力需求有望快速提升有望快速提升,“通用算力通用算力+專專用算力”將成為人工智能算力基礎設施的建設關鍵。用算力”將成為人工智能算力基礎設施的建設關鍵。AIGC 面對廣泛通用場景,重視普適性。在部分個性化應用場景,AICG 要提升其專用性,對計算精度、計算效率也有更高的要求。因此我們認為,AIGC 對算力的需求拉動將較為顯著。根據 IDC 與浪潮信息所發布的 2022-2023
22、中國人工智能計算力發展評估報告,2021 年中國智能算力規模達 155.2 EFLOPS,2022 年智411303718023028190181120102030405060708020192020202120222023美國中國其他行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 6 能算力規模將達到 268.0 EFLOPS,預計到 2026 年達到 1271.4 EFLOPS,2021-2026 年智能算力規模年復合增長率達 52.3%。根據海光信息招股書援引前瞻產業研究院數據,2019 年至 2023 年,中國人工智能芯片市場規模將保持年均 40.0%至 5
23、0.0%的增長速度,到 2024 年,市場規?;驅⑦_到 785億元。圖圖4:2019-2026 中國通用中國通用/智能智能算力算力情況情況 圖圖5:2019-2024E 中國人工智能芯片市場規模情況中國人工智能芯片市場規模情況 資料來源:2022-2023中國人工智能計算力發展評估報告,甬興證券研究所 資料來源:海光信息招股書,前瞻產業研究院,甬興證券研究所 1.2.AI 算力芯片需求攀升,先進封裝加速前進算力芯片需求攀升,先進封裝加速前進 AIGC 推動高性能推動高性能 AI 芯片發展,先進封裝需求有望隨著芯片發展,先進封裝需求有望隨著 GPU 的快速的快速放量而迅速放量而迅速提提升升。AI
24、 芯片通常需要集成大量的處理核心、存儲單元和傳感器,以滿足復雜的計算需求。從大模型到自動駕駛、工業自動化等領域,都需要強大的AI芯片支持。強大的AI芯片需要更加先進的制程工藝來實現,由于芯片集成度逐漸接近物理極限,先進封裝技術有望成為延續摩爾定律、發展先進 AI 芯片的有效路徑之一。摩爾定律指出,集成電路上可容納的晶體管數每隔大約 18-24 個月就會翻一倍,同時保持相同的尺寸;即芯片性能以指數級增長,而成本將相應下降。摩爾定律是計算機和電子產品發展的重要驅動力,然而,隨著芯片集成度逐漸接近物理極限,摩爾定律逐漸受到挑戰。為延續摩爾定律的經濟效益,先進封裝技術被業界寄予厚望。表表2:2022
25、年年 IBS 統計統計不同制程下的單位數量晶體管成本不同制程下的單位數量晶體管成本 制程 16nm 10nm 7nm 5nm 3nm 芯片面積(mm)125 87.66 83.27 85 85 晶體管數量(十億個)3.3 4.3 6.9 10.5 14.1 晶??倲?單片晶圓 478 686 721 707 707 晶粒凈產出/單片晶圓 359.74 512.44 545.65 530.25 509.04 晶圓價格(美元)5912 8389 9965 12500 15500 晶粒價格(美元)16.43 16.43 18.26 23.57 30.45 每 10 億個晶體管的成本(美元)4.98
26、3.81 2.65 2.25 2.16 資料來源:International Business Strategies、芯智訊,甬興證券研究所 0%20%40%60%80%100%120%140%160%020040060080010001200140020192020202120222023E 2024E 2025E 2026E通用算力EFLOPS智能算力EFLOPS通用同比(%)智能同比(%)1221782513685537850%10%20%30%40%50%60%010020030040050060070080090020192020E2021E2022E2023E2024E中國人工智能
27、芯片市場規模(億元)同比(%)行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 7 芯片芯片封裝封裝由由 2D 向向 3D 發展,發展,衍生出多種不同的封裝技術衍生出多種不同的封裝技術。在封裝技術不斷升級迭代的過程中,出現了系統級封裝(SiP)等新的封裝方式。技術實現的方法包括2.5D封裝(Interposer、RDL)、3D 封裝(TSV)、倒裝FC(Flip Chip)、凸塊(Bumping)、晶圓級封裝 WLP(Wafer Level Package)、CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)、InFO(Integrated Fan-O
28、ut)、EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge)等先進封裝技術。根據 Yole 在Status of the Advanced Packaging Industry中所提及,先進封裝技術若按照系統集成級別分類,則可劃分為晶圓級、基板級以及面板級封裝,每一類別中有著不同的先進封裝技術應用。圖圖6:先進封裝平臺先進封裝平臺-按系統集成級別分類按系統集成級別分類 資料來源:YoleStatus of the Advanced Packaging Industry,甬興證券研究所 2.5D 封裝是一種先進的異構芯片封裝,具備封裝是一種先進的異構芯片封裝,
29、具備低成本、高性能和可靠性低成本、高性能和可靠性等等優勢。優勢。根據電子工程專輯,在 2.5D 封裝中,芯片被并排放置在中介層(interposer)的頂部,通過芯片上微小凸塊(uBump)和中介層內的布線來實現彼此之間的互連。中介層通過硅通孔(TSV)來實現不同層之間的互連,然后通過錫球(C4)焊接到傳統 2D 封裝基板上。這種設計架構提供了更高的集成度和性能,允許多個芯片之間的高速數據傳輸和資源共享,從而實現了更強大的計算能力和更高效的能源利用。根據 ASE 官網,2.5D 封裝具備多種優勢,其優勢主要包括:超高布線密度(L/S:0.4/0.4 微米),超高 I/O密度(大于 400 bu
30、mps/mm)和 I/O 間距可擴展性,支持同構/異構存儲器、電源/光學器件集成,可嵌入去耦電容或有源器件的中間件,以及出色的封裝可靠性。2.5D 封裝在現代微電子技術領域中扮演著至關重要的角色,并被廣泛應用于各種領域,如高性能計算、人工智能、網絡通信等。2.5D 架行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 8 構已與堆疊式內存模塊(例如高帶寬內存)搭配使用,以進一步提高性能。圖圖7:2.5D 封裝技術示意封裝技術示意 資料來源:SK海力士官網、HANOL出版社,甬興證券研究所 成熟的成熟的 2.5D 封裝可以實現從成本、性能到可靠性的完美平衡封裝可以實現從成
31、本、性能到可靠性的完美平衡,在生成,在生成式大模型興起的背景下,式大模型興起的背景下,2.5D 封裝應用前景廣闊封裝應用前景廣闊。我們認為,在人工智能、大數據和云計算等興起的應用場景下,運算速率、帶寬、成本和功耗已經成為新一代算力芯片衡量基準,先進封裝技術大有用武之地。由于先進制程在短期內難以突破摩爾定律的客觀條件,2.5D 先進封裝技術通過集成各類先進的 CPU/GPU 和高帶寬內存,滿足了市場對于 AI 芯片的迫切需求。根據電子工程專輯,與 SoC(System on Chip)系統級芯片相比,SoC 系統級芯片面臨成本高和產量低的難點,同時特別是在成本和可靠性方面突破其相關技術也面臨著巨
32、大的挑戰;而 2.5D 封裝技術在保證性能的情況下,產量及成本都大幅下降,這使得其成為一種更加可行的解決方案。相較于 2D 封裝SiP(System in Package)和 SoB(System on Board)技術,2.5D 封裝技術具備更高的靈活性和機動性,同時成本更低。表表3:2.5D 封裝對比其他先進封裝形式封裝對比其他先進封裝形式 先進封裝形式 優勢 劣勢 SoC 系統級芯片 功耗較低,性能優秀 成本高產量低,整個方案集成在一個先進工藝顆粒中,實現成本和可靠性都是巨大的挑戰 2D 封裝 SiP 與 SoB 成本較低 布線密度受限,導致整個產品帶寬受限,尺寸偏大 3D 封裝 功耗較
33、低,超大帶寬 在長期可靠性和散熱方面受限,目前主要應用于 HBM 領域 2.5D 封裝 成本、性能與可靠性的平衡 資料來源:電子工程專輯,甬興證券研究所 行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 9 2.2.5D 封裝發展迅速,封裝發展迅速,CoWoS 有望引領先進封裝有望引領先進封裝 芯片封裝由 2D 向 3D 發展的過程中,衍生出多種不同的封裝技術。其中,2.5D 封裝是一種先進的異構芯片封裝,可以實現從成本、性能到可靠性的完美平衡。目前英偉達的算力芯片采用的是臺積電的 CoWoS 方案,這是一項 2.5D 多芯片封裝技術,該方案具備提供更高的存儲容量和帶
34、寬的優勢,適用于處理存儲密集型任務,如深度學習、5G 網絡、節能的數據中心等。目前 CoWoS 封裝技術已經成為了眾多國際算力芯片廠商的首選,是高端性能芯片封裝的主流方案之一。我們認為,英偉達算力芯片的需求增長大幅提升了 CoWos 的封裝需求,CoWos 有望進一步帶動先進封裝加速發展。2.1.CoWos 技術是高端性能封裝的主流方案技術是高端性能封裝的主流方案 全球全球各大廠各大廠對紛紛對對紛紛對先進封裝技術注冊先進封裝技術注冊獨立獨立商標。商標。近年來,在先進封裝飛速發展的背景下,開發相關技術的公司都將自己的技術獨立命名注冊商標,如臺積電的lnFO、CoWoS,日月光的FoCoS,Amk
35、or的SLIM、SWIFT,三星的 I-Cube、H-Cube 以及 Intel 的 Foveros、EMIB 等。表表4:先進封裝大廠與其獨立商標先進封裝大廠與其獨立商標 主要封裝大廠 簡稱 介紹 臺積電 InFO-OS 將多個高級邏輯芯片一起封裝,并通過 RDL 層進行互聯,增加了 substrate InFO-LSI 使用硅橋以及 RDL 層代替整塊硅,達到了性能與成本的平衡 InFO-SOW 芯片與用于高性能計算的電源和散熱模塊集成在一起,無需使用基板和印刷電路板 CoWoS-S 硅片中介層 CoWoS-R 重布線層 RDL 為中介層 CoWoS-L 使用小芯片(Chiplet)和 R
36、DL 作為中介層 三星 FOSiP 異構集成和扇出型系統級封裝 X-Cube eXtended-Cube,通過 TSV 互聯 I-Cube 異構集成技術,可將一個或多個邏輯管芯和多個高帶寬內存芯片互聯,使用硅中介層 ASE FoCoS 扇出型封裝技術,將兩個或多個芯片重組為扇出模組),再置于基板上實現多芯片以及小芯片(Chiplet)的整合 資料來源:臺積電官網、三星半導體官網、ASE官網、IT之家,甬興證券研究所整理 臺積電的臺積電的 CoWos 技術是高端性能封裝的主流方案之一。技術是高端性能封裝的主流方案之一。我們認為,隨著 2.5D 和 3D 封裝解決方案變得越來越復雜,先進封裝主要參
37、與者的封裝組合也在增加。根據 YoleHigh End Performance Packaging 2022,高端性能封裝平臺包括例如超高密度扇出型封裝(UHD FO)、嵌入式硅橋(Embedded Si Bridge)、硅中介層(Si Interposer)、三維堆棧內存(3D Stack Memory)以及 3D SoC 技術。嵌入式硅橋有兩種解決方案:LSI(臺積電)和 EMIB(英特爾)。硅中介層技術包括臺積電的 CoWoS、三星的 X-Cube以及英特爾的 Foveros 等解決方案。EMIB 與 Foveros 的結合產生了 Co-EMIB 技術,主要應用于英特爾的 Ponte V
38、ecchio 平臺。三維堆棧內存分為三類,分別為 HBM、3DS 和 3D NAND 堆棧。行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 10 圖圖8:以以 2.5/3D 為代表的高端封裝技術平臺為代表的高端封裝技術平臺 資料來源:YoleHigh End Performance Packaging 2022,甬興證券研究所 CoWoS 的的主要優勢是節約空間、增強芯片之間的互聯性和降低功耗。主要優勢是節約空間、增強芯片之間的互聯性和降低功耗。臺積電(TSMC)的 CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)是一項 2.5D 多芯片封裝技術,
39、最早發布于 2011 年的Advanced Reliability Study of TSV Interposers and Interconnects for the 28nm Technology FPGA論文中。在過去十年,CoWoS 封裝已經經過了五代的發展。目前采用 CoWoS 封裝的產品主要分布于消費領域和服務器領域,包括英偉達、AMD 等推出的算力加速卡。CoWoS 被被應應用于制造英偉達用于制造英偉達 GPU 所需要的工藝流程中,具備高技術所需要的工藝流程中,具備高技術壁壘特點壁壘特點,目前需求較大,目前需求較大。我們認為,CoWoS 封裝技術具備高集成度、高性能、芯片組合靈活
40、性以及優秀穩定性與可靠性等特點,隨著技術的不斷進步和市場需求的增長,CoWoS 封裝技術有望在未來繼續取得突破,并在多重領域中得到應用。圖圖9:應用應用 CoWoS 封裝技術的封裝技術的 Nvidia P100 加速卡加速卡 資料來源:Nvidia,甬興證券研究所 CoWoS 目前市場需求目前市場需求較較大,大,根據中國臺灣電子時報報道,根據中國臺灣電子時報報道,臺積電訂單臺積電訂單已已滿載滿載,我們預計我們預計2024年供不應求的局面年供不應求的局面或將能或將能得到逐步緩解得到逐步緩解;我們認為,我們認為,行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 11 受益
41、于大模型百花齊放,算力需求快速攀升帶動受益于大模型百花齊放,算力需求快速攀升帶動 HPC 增長增長,TSMC 產能不產能不足可能會導致足可能會導致 Nvidia、AMD 等等 AI 芯片大廠將目光轉向其他芯片大廠將目光轉向其他 OSAT 以解燃以解燃眉之急,具備眉之急,具備 2.5D 封裝技術的國內封裝大廠有望從中受益。封裝技術的國內封裝大廠有望從中受益。根據 AnandTech報道,2023 年采用 CoWoS 封裝技術的單塊 5148mm面積大小系統級封裝(SiP)晶圓,若其應用于英偉達 H100 加速卡制造,則單塊晶圓預估售價將達到約 30,000 美元。2.2.CoWoS 是臺積電拿到
42、英偉達大單的關鍵是臺積電拿到英偉達大單的關鍵 CoWoS 是臺積電先進封裝獨立商標,是臺積電先進封裝獨立商標,為高性能計算應用提供一流性能為高性能計算應用提供一流性能和高集成密度和高集成密度。根據中國臺灣大學資料,CoWoS 是一種整合生產技術,先將芯片通過 CoW(Chip on Wafer)的封裝制程連接至硅晶圓,再把 CoW 與基板相連接,整合成 CoWoS(Chip on Wafer on Substrate)。我們認為,CoWoS作為一種共同封裝 HBM 和邏輯芯片以獲得訓練和推理工作負載最佳性能的重要封裝方式,有望成為算力加速卡主流封裝技術之一。我們認為,我們認為,目前主流解決方案
43、為目前主流解決方案為 CoWoS-S,隨著算力加速卡需求持續隨著算力加速卡需求持續攀升,使用攀升,使用 CoWoS 封裝技術的需求有望持續擴大封裝技術的需求有望持續擴大。根據臺積電官網,CoWoS平臺為高性能計算應用提供了同類最佳的性能和最高的集成密度。這種晶圓級系統集成平臺可提供多種插層尺寸、HBM 立方體數量和封裝尺寸。它可以實現大于 2 倍封裝尺寸(或約 1,700 平方毫米)的中階層,集成具有四個以上 HBM2/HBM2E 立方體的領先 SoC 芯片。圖圖10:CoWoS-S 封裝技術架構封裝技術架構 資料來源:TSMC2021 HotChips TSMC Packaging Tech
44、nologies for Chiplets and 3D,甬興證券研究所 CoWoS 工藝流程包含多項步驟,根據工藝流程包含多項步驟,根據中國中國臺灣大學臺灣大學資料資料,我們總結我們總結CoWoS 封裝流程封裝流程可大致劃分為三個階段??纱笾聞澐譃槿齻€階段。在第一階段,將裸片(Die)與中介層(Interposer)借由微凸塊(uBump)進行連接,并通過底部填充(Underfill)行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 12 保護芯片與中介層的連接處。圖圖11:裸片與中介層連接裸片與中介層連接 圖圖12:微凸塊技術鏈連接方式微凸塊技術鏈連接方式 資料來
45、源:中國臺灣大學工學院,甬興證券研究所 資料來源:中國臺灣大學工學院,甬興證券研究所 在第二階段,將裸片(Die)與載板(Carrier)相連接,根據艾邦半導體網,封裝基板(載板)是一類用于承載芯片的線路板,屬于 PCB 的一個技術分支,也是核心的半導體封測材料,具有高密度、高精度、高性能、小型化及輕薄化的特點,可為芯片提供支撐、散熱和保護的作用,同時也可為芯片與 PCB 母板之間提供電氣連接及物理支撐。在裸片與載板相連接后,利用化學拋光技術(CMP)將中介層進行薄化,此步驟目的在于移除中介層凹陷部分。圖圖13:裸片與載板連接裸片與載板連接 資料來源:中國臺灣大學工學院,甬興證券研究所 在第三
46、階段,切割晶圓形成芯片,并將芯片連結至封裝基板。最后加上保護封裝的環形框和蓋板,使用熱介面金屬(TIM)填補與蓋板接合時所產生的空隙。行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 13 圖圖14:切割晶圓制成芯片切割晶圓制成芯片 圖圖15:加裝環形框與蓋板加裝環形框與蓋板 資料來源:中國臺灣大學工學院,甬興證券研究所 資料來源:中國臺灣大學工學院,甬興證券研究所 我們認為,我們認為,CoWoS 封裝技術應用廣泛,封裝技術應用廣泛,目前目前主要應用于高性能計算、主要應用于高性能計算、-通信網絡、圖像處理以及汽車電子等相關領域。通信網絡、圖像處理以及汽車電子等相關領域
47、。我們認為,在高性能計算領域,CoWoS 封裝具備整合多個處理器芯片、高速緩存和內存于同一封裝中的能力,從而實現卓越的計算性能和數據吞吐量,這一特性在數據中心、超級計算機和人工智能應用領域具有突出的重要性,目前 CoWoS 產品聚焦于具備 HBM 記憶模塊的高端產品。我們認為,目前隨著 Ai 浪潮興起,高性能加速卡在需求端大幅上升,CoWoS 主要針對高性能計算(HPC)市場,需求量較大。CoWoS 布局三類條線,滿足復雜需求。布局三類條線,滿足復雜需求。CoWoS 可細分為 S、R、LSI 三類條線,分別為硅中介層(Si Interposer)、重布線層(RDL)與局部硅互聯技術(LSI)。
48、根據臺積電官網,根據臺積電官網,CoWoS-R 采用采用 InFO 技術并應用技術并應用 RDL 中介層,以中介層,以提供芯片間的互連服務,重點應用于提供芯片間的互連服務,重點應用于 HBM(高帶寬內存)和(高帶寬內存)和 SoC 異構集異構集成中。成中。RDL 中介層由聚合物和銅引線構成,具備一定的靈活性,并能夠拓展封裝尺寸以滿足更為復雜的功能需求。圖圖16:CoWoS-R 封裝技術示意封裝技術示意 資料來源:TSMC官網,甬興證券研究所 行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 14 CoWoS-R 技術的主要特點包括以下三方面。首先,RDL 互連器由多達
49、 6L 層銅線組成,最小間距為 4um(線寬/間距為 2um)。第二,互連具有良好的信號和電源完整性性能,路由線的 RC 值較低,可實現較高的傳輸數據速率。共面 GSGSG 和層間接地屏蔽以及六個 RDL 互連提供了卓越的電氣性能。第三,RDL 層和 C4/UF 層因 SoC 與相應基板之間的 CTE 不匹配而提供了良好的緩沖效果。C4 凸塊的應變能量密度大大降低。CoWoS-L 在一定程度上在一定程度上融合了融合了 CoWoS-S 和和 InFO 技術的優勢,以實技術的優勢,以實現高度靈活的集成?,F高度靈活的集成。該方案采用中介層與局部硅互聯(LSI)進行芯片間的互連,同時利用 RDL 層實
50、現電源和信號傳輸。該技術將進一步擴展至更大的尺寸,以容納更多芯片的集成。其特點包括能在高速傳輸中提供低損耗的高頻信號;以及能夠在 SoC 芯片下面集成額外的元件。圖圖17:CoWoS-L 封裝技術示意封裝技術示意 資料來源:TSMC官網,甬興證券研究所 2.3.CoWoS 的技術歷程與未來展望的技術歷程與未來展望 目前目前 CoWoS 封裝技術已經封裝技術已經成為了眾多國際廠商的成為了眾多國際廠商的優優選選,前景廣闊,前景廣闊。根據臺積電,其于 2011 年推出了 2.5D Interposer 技術 CoWoS。2021 年臺積電發布第 5 代 CoWoS 技術,其晶體管數量是第 3 代的
51、20 倍。CoWoS 本身的進化還體現在持續擴大硅中介層的面積,我們認為中介層越大,則能夠容納的裸片數量也越多;根據電子工程專輯,臺積電 CoWoS 封裝可解決光刻機可處理的極限尺寸(Reticle Limit)的問題。根據臺積電,2011 年首個 CoWoS 誕生,我們認為其為 FPGA、GPU 等高性能產品的集成提供了新的解決方案。2016 年發布第二代 CoWoS 方案,硅中介層尺寸大約是 1.5x reticle limit,并包含 4 個 HBM2,總容量為 16GB。2019 年開發的第 4 代 CoWoS,裝有一個邏輯芯片和 6 個 HBM2,總容量為48GB(384Gbit),
52、是第三代容量的 3 倍。行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 15 圖圖18:臺積電臺積電 CoWoS 封裝發展歷程封裝發展歷程 資料來源:TSMC,甬興證券研究所 根據臺積電,在 2021 年 ECTC 大會上,臺積電展示的第五代 CoWoS概念圖是一枚由 11 個裸片組成的大型芯片。中間是兩顆比較大的 SoC,以及 1 顆較小的長條形裸片;四周用了 8 個 HBM2E 存儲堆棧。圖圖19:臺積電展示利用臺積電展示利用 CoWoS 所封裝芯片所封裝芯片 資料來源:TSMC,甬興證券研究所 2021 年,臺積電發布第年,臺積電發布第 5 代代 CoWoS
53、技術技術,效能大幅提升,效能大幅提升。根據 Wafer Level System Integration of the Fifth Generation CoWoS-S with High Performance Si Interposer at 2500mm2,CoWoS-S5 通過將插層尺寸擴大到 3 倍 rectile limit(2500 mm),可在單個插層上集成 3 個或更多邏輯芯片組和 8 個 HBM。與上一代 CoWoS 相比,更大的尺寸與先進的節點頂層芯片相結合,可多集成近 20 倍的晶體管和 2 倍的內存堆棧(從 4 個增加到 8 個)、CoWoS-S5 除了增加了硅中介層
54、的尺寸外,還增加了部分新功能,以進一步提高其電氣和熱性能。行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 16 圖圖20:隨著隨著 CoWoS-S 技術的發展而集成的晶體管數量技術的發展而集成的晶體管數量 資料來源:Wafer Level System Integration of the Fifth Generation CoWoS-S with High Performance Si Interposer at 2500mm2(PK Huang,2021),甬興證券研究所 第五代第五代 CoWoS 使用全新使用全新 TSV 方案并增加中階層面積。方案并增加中階層
55、面積。根據Wafer Level System Integration of the Fifth Generation CoWoS-S with High Performance Si Interposer at 2500mm2,第五代封裝技術通過增加中介層面積,使用了全新的 TSV 解決方案,以及更厚的銅連接線,有助于產品效能大幅提升。在 CoWoS-S5 中,臺積電采用 4 份全幅光罩(Mask)進行拼接并通過 RDL 將光罩重合處的互聯部分做到一致,通過拼接構成連續線路。CoWoS-S5 引入新的金屬堆棧、新的亞微米層(雙鑲嵌線路),以解決引入新的金屬堆棧、新的亞微米層(雙鑲嵌線路),以
56、解決信號完整性問題。信號完整性問題。根據上述論文,HBM2E 存儲堆棧應用于本代 interposer已得到驗證,其傳輸速率為 3.2GT/s。未來將采用 HBM3,速率將提升至 4GT/。CoWoS-S5 開發出了 5 層超低電阻互連的新金屬方案,以支持 HBM3。新方案將金屬跡線片電阻和通孔接觸電阻都降低了 50%以上,但最小線寬/空間仍保持在亞微米以下,滿足高密度布線的先決條件。在 CoWoS-S5,對良品率模式進行了監測,沒有發現電阻損失或漂移。此外,這種新的互連方案還通過了電遷移(EM)、應力遷移(SM)和時間相關介質擊穿(TDDB)測試,沒有出現任何故障。高縱橫比硅通孔(高縱橫比硅
57、通孔(TSV)是硅互插技術中最關鍵的部分)是硅互插技術中最關鍵的部分。根據上述論文,它提供正面到背面的連接,并允許高速電信號從邏輯芯片直接傳遞到基板和印刷電路板。但 TSV 在高頻率下工作時會造成信號損耗和失真,原因是其尺寸較大(深度約為 100 微米),所用材料也較多(埋在有損耗的硅基板內)。CoWoS-S5 重新設計了 TSV,以盡量減少這種影響。對比已進行完優化的CoWoS-S5 TSV與上一代產品的射頻測量特性,第五代插入損耗(S21)更低,從而改善了信號完整性。行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 17 圖圖21:新舊新舊 TSV 插入損耗比較插
58、入損耗比較 資料來源:Wafer Level System Integration of the Fifth Generation CoWoS-S with High Performance Si Interposer at 2500mm2(PK Huang,2021),甬興證券研究所 CoWoS-S5 有兩種熱解決方案有兩種熱解決方案,分別是環型封裝與帶散熱器的蓋型封,分別是環型封裝與帶散熱器的蓋型封裝。裝。根據上述論文,環型封裝,裸片背面暴露在外,可與散熱器直接接觸;帶散熱器的蓋型封裝,在蓋和裸片之間插入熱界面材料(TIM),以提供連續的熱界面。對于蓋型封裝方案,凝膠型 TIM 已使用了很
59、長時間,工藝也比較成熟。然而,3-10 W/K 的熱導率和可靠性的覆蓋退化無法滿足 HPC 和人工智能領域的高功率要求。故在 CoWoS-S5 中,采用了新型非凝膠 TIM,其導熱系數大于 20 W/K,TIM 覆蓋率達到 100%,在 TCG1000 x、uHAST264h 和 TSAM 測試后無明顯衰減,可靠性測試后熱阻衰減小于10%。圖圖22:HBM 集成水平與能耗集成水平與能耗 圖圖23:熱控制解決方案進展熱控制解決方案進展 資料來源:TSMC,甬興證券研究所 資料來源:TSMC,甬興證券研究所 我們認為,我們認為,CoWoS 解決方案具備提供更高的存儲容量和帶寬的優勢,解決方案具備提
60、供更高的存儲容量和帶寬的優勢,適用于處理存儲密集型任務,如深度學習、適用于處理存儲密集型任務,如深度學習、5G 網絡、節能的數據中心等。網絡、節能的數據中心等。除了擴展計算能力、輸入/輸出和 HBM 集成,CoWoS 技術還具備設計靈活行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 18 性和更高的良率等優勢,以支持先進工藝下的復雜特殊應用芯片設計。根據臺積電資料顯示,在關鍵尺寸工藝指數(Critical Dimension Process Index)方面與 ELK(Edge Liftoff Kirk)應力方面,CoWoS-S5 明顯低于 FC 倒裝封裝技術,較低
61、的 CPI 值表示制造過程更接近設計要求,具有更高的精度和一致性。圖圖24:從從 CPI ELK stress 對比對比 CoWoS 與與 Flip-chip 圖圖25:從封裝面積與從封裝面積與 I/O 數對比封裝技術數對比封裝技術 資料來源:2021 TSMC Hotchips,甬興證券研究所 資料來源:Wafer Level Integration of an Advanced Logic Memory System Through the Second-Generation CoWoS Technology(S.Y.Hou,2017),甬興證券研究所 行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文
62、后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 19 3.臺積電訂單臺積電訂單充沛充沛 CoWoS 產能不足,國內封裝大廠有產能不足,國內封裝大廠有望深度受益望深度受益 CoWoS 是臺積電先進封裝的獨立商標,是其拿到英偉達訂單的關鍵。是臺積電先進封裝的獨立商標,是其拿到英偉達訂單的關鍵。目前采用目前采用 CoWoS 封裝的產品主要分布于消費和服務器領域,包括英偉達、封裝的產品主要分布于消費和服務器領域,包括英偉達、AMD 等推出的算力芯片在內。近期臺積電訂單已等推出的算力芯片在內。近期臺積電訂單已充沛充沛,預估到,預估到 2024 年供年供不應求的局面才能得到逐步緩解。我們認為,受于大模型百花齊放,
63、算力需不應求的局面才能得到逐步緩解。我們認為,受于大模型百花齊放,算力需求快速攀升帶動求快速攀升帶動 HPC 增長增長,臺積電產能不足可能會導致,臺積電產能不足可能會導致 AI 芯片大廠將目芯片大廠將目光轉向其他光轉向其他 OSAT,具備,具備 2.5D 封裝技術的國內封裝大廠有望從中受益封裝技術的國內封裝大廠有望從中受益。3.1.長電科技:國內封測龍頭長電科技:國內封測龍頭,XDFOIXDFOI ChipletChiplet 已穩定量產已穩定量產 長電科技是全球領先的集成電路制造和技術服務提供商,也是國內封長電科技是全球領先的集成電路制造和技術服務提供商,也是國內封測行業龍頭。測行業龍頭。根
64、據長電科技官網,公司提供全方位的芯片成品制造一站式服務,包括集成電路的系統集成、設計仿真、技術開發、產品認證、晶圓中測、晶圓級中道封裝測試、系統級封裝測試、芯片成品測試并可向世界各地的半導體客戶提供直運服務。長電科技擁有例如高集成度的晶圓級封裝(WLP)、2.5D/3D 封裝、系統級封裝(SiP)、高性能倒裝芯片封裝和先進的引線鍵合技術,產品和服務涵蓋網絡通訊、移動終端、高性能計算、車載電子、大數據存儲、人工智能與物聯網、工業智造等領域。公司在中國、韓國和新加坡設有六大生產基地和兩大研發中心,在 20 多個國家和地區設有業務機構。在先進封裝領域,公司擁有獨立產權商標在先進封裝領域,公司擁有獨立
65、產權商標 XDFOIXDFOI 技術平臺。技術平臺。根據長電科技官網,XDFOI全系列極高密度扇出型封裝解決方案是新型無硅通孔晶圓級極高密度封裝技術,旨在為全球客戶高度關注的芯片異構集成提供高性價比,高集成度,高密度互聯和高可靠性的解決方案。應用場景主要集中在對集成度和算力有較高要求的 FPGA、CPU、GPU、AI 和 5G 網絡芯片等。根據愛集微援引長電科技報道,在設計上,該技術可實現 3-4 層高密度的走線,其線寬/線距最小可達 2。此外,XDFO 技術所運用的極窄節距凸塊互聯技術,還能夠實現 40 x40mm 的封裝尺寸,并支持在其內部集成多顆芯片、高帶寬內存和無源器件。這些優勢可為芯
66、片異構集成提供高性價比、高集成度、高密度互聯和高可靠性的解決方案。XDFOI全系列解決方案通過將不同的功能器件整合在系統封裝內,大大降低系統成本,縮小封裝尺寸,具有廣泛的應用場景,主要集中于對集成度和算力有較高要求的 FPGA、CPU、GPU、AI 和 5G 網絡芯片等應用產品提供小芯片(Chiplet)和異質封裝(HiP)的系統封裝解決方案。XDFOIXDFOI ChipletChiplet 已穩定量產。已穩定量產。根據長電科技公告,目前 XDFOI Chiplet 高密度多維異構集成系列工藝已按計劃進入穩定量產階段,同步實現國際客戶 4nm 節點多芯片系統集成封裝產品出貨,是最大封裝體面積
67、約為 1500mm的系統級封裝。該技術是一種面向 Chiplet 的極高密度、多行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 20 扇出型封裝高密度異構集成解決方案,其利用協同設計理念實現了芯片成品集成與測試一體化,涵蓋 2D、2.5D、3D 集成技術。經過持續研發與客戶產品驗證,長電科技 XDFOI不斷取得突破,已在高性能計算、人工智能、5G、汽車電子等領域應用,為客戶提供了外型更輕薄、數據傳輸速率更快、功率損耗更小的芯片成品制造解決方案,滿足日益增長的終端市場需求。表表5:長電科技長電科技 XDFOI 封裝平臺封裝平臺 資料來源:長電科技、愛集微,甬興證券研究
68、所 3.2.通富微電:通富微電:攜手攜手 AMD 共同發展共同發展,深度布局先進封裝深度布局先進封裝 與與 AMD 建立戰略合作伙伴關系,建立戰略合作伙伴關系,2022 年封裝市場市占率位居全球第年封裝市場市占率位居全球第四名,先進封裝收入超過四名,先進封裝收入超過 70%。根據投資者互動平臺,2016 年公司聯合國家集成電路產業投資基金斥資 3.71 億美元收購 AMD 位于中國蘇州和馬來西亞檳城兩大高端封測基地,獲得了生產 CPU、GPU、服務器等產品的高端封測技術和大規模量產平臺,并與 AMD 大客戶建立了戰略合作伙伴關系。根據公司公告,2022 年公司積極調整產品業務結構,加大市場調研
69、與開拓力度,持續服務好大客戶,憑借 7nm、5nm、FCBGA、Chiplet 等先進技術優勢,不斷強化與 AMD 等行業領先企業的深度合作,鞏固和擴大先進產品市占率。2022 年,公司實現營業收入 214.29 億元,同比增長 35.52%。在全球前十大封測企業中,公司營收增速連續 3 年保持第一;2022 年,公司在全球前十大封測企業中市占率增幅第一,營收規模排名進階,首次進入全球四強。通富微電封裝技術與通富微電封裝技術與 AMD 協同發展,合作范圍廣泛,客戶粘性協同發展,合作范圍廣泛,客戶粘性較較強。強。根據投資者互動平臺,2016 年公司出資 3.71 億美元收購了 AMD 位于中國蘇
70、州和馬來西亞檳城兩個封測廠各 85%的股權。公司是 AMD 最大封測供應商,AMD 也成為公司大客戶。公司有涉及 AMD 芯片 Instinct MI300 的封測項目,并涉及 AMD AI PC 芯片的封測項目。公司重視技術開發公司重視技術開發。根據公司公告,2023 上半年公司完成業界領先的高集成、雙面塑封 SIP 模組的技術開發,高階手機射頻前端模組 PAMiD 和 L-PAMiD 等多款產品以及高端可穿戴產品雙面模組已進入大批量量產行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 21 階段;FC 技術開發方面,公司已具備超大尺寸芯片封裝能力,初步完成先進 T
71、IM (石墨烯等)材料開發;完成 Cu 底板塑封大功率模塊的技術開發,實現了大功率模塊的產品升級,在功率密度、散熱及功耗等性能改善方面進一步得到了提升,現已進入大批量量產階段;為行業頭部企業開發的車載 MCU 也已通過考核并進入量產階段。我們認為,我們認為,通富微電正構建國內相對較完善的通富微電正構建國內相對較完善的 Chiplet 封裝解決方案,封裝解決方案,公公司在司在 Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D 堆疊等先進封裝方面均有堆疊等先進封裝方面均有布局和儲備。布局和儲備。根據投資者互動平臺,公司通過在多芯片組件、集成扇出封裝、2.5D/3D 等先進封裝技術方面的
72、提前布局,可為客戶提供多樣化的 Chiplet封裝解決方案,現已具備 7nm、Chiplet 先進封裝技術規模量產能力。包括自建2.5D/3D 產線全線通線,1+4 產品及4層/8層堆疊產品研發穩步推進;基于 Chip Last 工藝的 Fan-out 技術,實現 5 層 RDL 超大尺寸封裝(6565mm);超大多芯片 FCBGA MCM 技術,實現最高 13 顆芯片集成及 100100mm 以上超大封裝。我們認為,我們認為,通富微電已經具備較為成熟的通富微電已經具備較為成熟的 Fan-Out 封裝技術,封裝技術,Fan-Out是與是與 CoWoS 較類似的較類似的 2.5D 封裝。封裝。根
73、據 ASE 日月光官網,Fan-out 即為扇出型封裝,通常指 I/O Bump 在裸片(Die)投影面積外部,從而提供了更多的 I/O Bump。扇出型封裝通過重布線層(RDL),允許將 I/O 重新分配到芯片表面以外之處,從而支持更薄的封裝。圖圖26:扇入型與扇出型晶圓級封裝扇入型與扇出型晶圓級封裝 資料來源:ASE,甬興證券研究所 公司不斷研發公司不斷研發 FO 相關技術。相關技術。根據通富微電官網,FO 技術被應用于MIC、RF、CPU、GPU 等。根據公司公告,公司研發智能芯片圓片級基板扇出型封裝(FOPoS),或將成為國內第一家有自主能力提供高階扇出型封裝服務的廠家。行業專題行業專
74、題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 22 表表6:通富微電扇出型封裝特征通富微電扇出型封裝特征 主要特征 封裝類型 關鍵優勢 FO size 32x26mm eWLB、FOPoS-chip first face down、FOPoS-chip first face up、FOPoS-chip first face up 相較于 2.5D 傳統封裝成本更低、良好的電氣性能、高 I/O 引腳數 制程 16nm RDL L/S 2/2um RDL layer 3 layers 資料來源:通富微電官網,甬興證券研究所 3.3.甬矽電子:先進封裝甬矽電子:先進封裝后起之秀,后起
75、之秀,CoWoS 已有相關儲備已有相關儲備 先進封裝行業新秀,成長迅速。先進封裝行業新秀,成長迅速。根據公司招股說明書,甬矽電子于 2017年 11 月成立,從誕生之初即聚焦集成電路封測業務中的先進封裝領域。公司全部產品均為中高端先進封裝形式,封裝產品主要包括“高密度細間距凸點倒裝產品(FC 類產品)、系統級封裝產品(SiP)、扁平無引腳封裝產品(QFN/DFN)、微機電系統傳感器(MEMS)”4 大類別,下轄 9 種主要封裝形式,共計超過 1,900 個量產品種。持續推動先進封裝研發,積極擴展現有產品線持續推動先進封裝研發,積極擴展現有產品線。根據公司公告,2022 年公司完成了基于 FC+
76、WB Stacked die 的 Hybrid BGA 混合封裝技術開發及量產;應用于 5G 通訊的高密度射頻模組 PAMiF 的量產,及完成 DiFEM 和PAMiD 封裝工藝開發;雙面模組(HD DSSiP)封裝技術的開發;汽車電子應用的高清圖像 Sensor 封裝工藝開發;高集成小型化的電磁屏蔽(EMI Shielding)技術開發及量產;高密度引腳雙圈 QFN(Dual Row QFN,DR-QFN)產品及量產。推動二期項目開展,擴大現有產品線;先進制程加快導入,盡量投入量產。公司堅持中高端先進封裝業務定位,積極推動二期項目建設,擴大公司產能規模。公司積極布局先進封裝和汽車電子領域,積
77、極布局包括Bumping、晶圓級封裝、FC-BGA、汽車電子的 QFP 等新的產品線。圖圖27:甬矽電子主要產品甬矽電子主要產品路線路線 資料來源:甬矽電子招股書,甬興證券研究所 行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 23 在先進封裝方面,甬矽電子近年來技術研發速度加快,儲備一系列在先進封裝方面,甬矽電子近年來技術研發速度加快,儲備一系列與與CoWoSCoWoS 封裝相關的技術。封裝相關的技術。根據公司招股書,2020 年,甬矽電子投入 193.89萬元,完成關于重布線層(RDL)芯片銅線以及基于 Interposer 應用 SiP 系統級封裝的相關技術研
78、發;2021 年,公司投入 437.1 萬元,已完成關于疊封裝芯片 Overhang 球焊打線能力的研究;2022 年,公司投入 186.95 萬元,正研發堆疊封裝(PoP)技術。從技術儲備上來看,甬矽電子已為后續研發類似 CoWoS 封裝技術奠定扎實基礎。表表7:甬矽電子關于甬矽電子關于 CoWoS 封裝的相關技術儲備封裝的相關技術儲備 年份 項目 投入金額(萬元)狀態 2019 運算類高散熱芯片封裝技術開發 160.63 已完成 2019 多層芯片堆疊技術研究 232.02 已完成 2020 RDL 芯片銅線技術建立 193.89 已完成 2020 基于 interposer 應用 SiP
79、 系統級封裝技術 228.21 已完成 2021 多芯片平鋪超低弧球焊打線能力研究 353.54 已完成 2021 疊封裝芯片 Overhang 球焊打線能力研究 437.1 已完成 2022 堆疊封裝(PoP)技術研發 186.95 在研 資料來源:甬矽電子招股書,甬興證券研究所 3.4.晶方科技:晶方科技:CIS 封裝龍頭封裝龍頭,擁有晶圓級,擁有晶圓級 TSV 技術能力技術能力 專注傳感器封裝,具備晶圓級封裝能力。專注傳感器封裝,具備晶圓級封裝能力。根據公司公告,公司專注于傳感器領域的封裝測試業務,擁有多樣化的先進封裝技術,同時具備 8 英寸、12 英寸晶圓級芯片尺寸封裝技術規模量產封裝
80、線,涵蓋晶圓級到芯片級的一站式綜合封裝服務能力,為全球晶圓級芯片尺寸封裝服務的主要提供者與技術引領者。封裝產品主要包括圖像傳感器芯片、生物身份識別芯片、MEMS 芯片等,該等產品廣泛應用在手機、安防監控、身份識別、汽車電子、3D 傳感等電子領域。公司擁有公司擁有 8 英寸和英寸和 12 英寸英寸 TSV 封裝能封裝能力。力。根據公司官網,晶方科技率先投資了 TSV 技術,并開發了完整的晶圓級 CSP 封裝工藝,晶圓級 TSV封裝是真正的“中道”技術。2012 年,晶方科技做出戰略投資決策,建立了國內首條 300 毫米“中道”TSV 規?;慨a生產線,結合晶圓級封裝,倒裝和嵌入式技術,為 2.5
81、D 和 3D 先進封裝的需求提供解決方案。根據投資者互動平臺,晶方科技在 2005 進入 TSV 先進封裝技術領域,經過多年發展公司在此領域擁有技術、工藝、市場及知識產權等方面的顯著領先優勢,同時擁有8英寸和12英寸TSV封裝能力,已大規模商業化應用到CIS,MEMS、射頻等市場應用。汀蘭巷及長陽街廠區都致力于為客戶提供晶圓級 TSV 等先進封裝技術服務,另外長陽廠區還提供 FAN-OUT、LGA 等芯片級封裝及模塊服務。我們認為,公司具備較強晶圓級 TSV 封裝能力,有望在 2.5D/3D等先進封裝需求攀升過程中持續受益。行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項
82、聲明 24 圖圖28:晶方科技在晶方科技在 TSV 推進研發推進研發 資料來源:晶方科技官網,甬興證券研究所 行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 25 4.風險提示風險提示 1)中美貿易摩擦加劇的風險)中美貿易摩擦加劇的風險 未來若中美摩擦加劇,美方加大對國內企業的制裁力度,則存在部分公司的經營受到較大影響的風險。2)下游終端需求不及預期的風險)下游終端需求不及預期的風險 未來若下游終端需求不及預期,則存在產業鏈相關公司業績發生較大波動的風險。3)國產替代不及預期的風險)國產替代不及預期的風險 未來若國產替代不及預期,則存在國內企業的業績面臨承壓的風險。
83、行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 26 分析師聲明分析師聲明 本報告署名分析師具有中國證券業協會授予的證券投資咨詢執業資格并注冊為證券分析師,以勤勉盡責的職業態度,專業審慎的研究方法,獨立、客觀地出具本報告,保證報告采用的信息均來自合規渠道,并對本報告的內容和觀點負責。負責準備以及撰寫本報告的所有研究人員在此保證,本報告所發表的任何觀點均清晰、準確、如實地反映了研究人員的觀點和結論,并不受任何第三方的授意或影響。此外,所有研究人員薪酬的任何部分不曾、不與、也將不會與本報告中的具體推薦意見或觀點直接或間接相關。公司業務資格說明公司業務資格說明 甬興證券有
84、限公司經中國證券監督管理委員會核準,取得證券投資咨詢業務許可,具備證券投資咨詢業務資格。投資評級體系與評級定義投資評級體系與評級定義 股票投資評級:股票投資評級:分析師給出下列評級中的其中一項代表其根據公司基本面及(或)估值預期以報告日起 6 個月內公司股價相對于同期市場基準指數表現的看法。買入 股價表現將強于基準指數 20%以上 增持 股價表現將強于基準指數 5-20%中性 股價表現將介于基準指數5%之間 減持 股價表現將弱于基準指數 5%以上 行業投資評級:行業投資評級:分析師給出下列評級中的其中一項代表其根據行業歷史基本面及(或)估值對所研究行業以報告日起 12 個月內的基本面和行業指數
85、相對于同期市場基準指數表現的看法。增持 行業基本面看好,相對表現優于同期基準指數 中性 行業基本面穩定,相對表現與同期基準指數持平 減持 行業基本面看淡,相對表現弱于同期基準指數 相關證券市場基準指數說明:A 股市場以滬深 300 指數為基準;港股市場以恒生指數為基準;新三板市場以三板成指(針對協議轉讓標的)或三板做市指數(針對做市轉讓標的)為基準指數。投資評級說明:不同證券研究機構采用不同的評級術語及評級標準,投資者應區分不同機構在相同評級名稱下的定義差異。本評級體系采用的是相對評級體系。投資者買賣證券的決定取決于個人的實際情況。投資者應閱讀整篇報告,以獲取比較完整的觀點與信息,投資者不應以
86、分析師的投資評級取代個人的分析與判斷。特別聲明特別聲明 在法律許可的情況下,甬興證券有限公司(以下簡稱“本公司”)或其關聯機構可能會持有報告中涉及的公司所發行的證券或期權并進行交易,也可能為這些公司提供或爭取提供投資銀行、財務顧問以及金融產品等各種服務。因此,投資者應當考慮到本公司或其相關人員可能存在影響本報告觀點客觀性的潛在利益沖突,投資者請勿將本報告視為投資或其他決定的唯一參考依據。也不應當認為本報告可以取代自己的判斷。版權聲明版權聲明 本報告版權歸屬于本公司所有,屬于非公開資料。本公司對本報告保留一切權利。未經本公司事先書面許可,任何機構或個人不得以任何形式翻版、復制、轉載、刊登和引用本
87、報告中的任何內容。否則由此造成的一切不良后果及法律責任由私自翻版、復制、轉載、刊登和引用者承擔。行業專題行業專題 請務必閱讀報告正文后各項聲明請務必閱讀報告正文后各項聲明 27 重要聲明重要聲明 本報告由本公司發布,僅供本公司的客戶使用,且對于接收人而言具有保密義務。本公司并不因相關人員通過其他途徑收到或閱讀本報告而視其為本公司的客戶??蛻魬斦J識到有關本報告的短信提示、電話推薦及其他交流方式等只是研究觀點的簡要溝通,需以本公司發布的完整報告為準,本公司接受客戶的后續問詢。本報告首頁列示的聯系人,除非另有說明,僅作為本公司就本報告與客戶的聯絡人,承擔聯絡工作,不從事任何證券投資咨詢服務業務。本
88、報告中的信息均來源于我們認為可靠的已公開資料,本公司對這些信息的真實性、準確性及完整性不作任何保證。本報告中的信息、意見等均僅供客戶參考,該等信息、意見并未考慮到獲取本報告人員的具體投資目的、財務狀況以及特定需求,在任何時候均不構成對任何人的個人推薦??蛻魬攲Ρ緢蟾嬷械男畔⒑鸵庖娺M行獨立評估,并應同時思量各自的投資目的、財務狀況以及特定需求,必要時就法律、商業、財務、稅收等方面咨詢專家的意見??蛻魬灾髯鞒鐾顿Y決策并自行承擔投資風險。本公司特別提示,本公司不會與任何客戶以任何形式分享證券投資收益或分擔證券投資損失,任何形式的分享證券投資收益或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效。市場有
89、風險,投資須謹慎。對依據或者使用本報告所造成的一切后果,本公司和關聯人員均不承擔任何法律責任。本報告所載的意見、評估及預測僅反映本公司于發布本報告當日的判斷。該等意見、評估及預測無需通知即可隨時更改。過往的表現亦不應作為日后表現的預示和擔保。在不同時期,本公司可發出與本報告所載意見、評估及預測不一致的研究報告。本公司不保證本報告所含信息保持在最新狀態。同時,本公司的銷售人員、交易人員以及其他專業人士可能會依據不同假設和標準、采用不同的分析方法而口頭或書面發表與本報告意見及建議不一致的市場評論或交易觀點。本公司沒有將此意見及建議向報告所有接收者進行更新的義務。投資者應當自行關注相應的更新或修改。